本发明公开了一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,包括两同轴设置的外筒体和内筒体,外筒体外部覆盖保温材料,内筒体通过支架固定于外筒体并悬空,内筒体内设置有轴向流机械搅拌器,内筒体底端水平面上设置微孔曝气器,装置采用通过一与曝气管相连的气流支管对泡沫进行消泡处理。本发明在自热式高温好氧消化的低曝气量水平下,将所有的曝气量都集中到内筒中,使内筒污泥得到较为充分的氧气,避免了反应体系内全部污泥处于缺氧或厌氧状态,促进污泥降解及其热量的释放;内外筒污泥通过机械搅拌装置的作用在内外筒间循环往复,使整个反应体系得到快速升温,提高整个反应装置的消化效率。外筒体漏斗形底部有利于集沙除沙,防止曝气器孔堵塞。
1.一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:包括同轴设置的外筒体(1)和内筒体(2),其中:-外筒体(1):其外部覆盖保温材料,外筒体(1)的顶部设置气体排放口(13)、检查人孔(14)和污泥进泥口(15),沿外筒体(1)的轴心设置有轴向流机械搅拌器(3),外筒体(1)的底部设置有排泥控制阀(16)和排泥管(17);-内筒体(2),设置于外筒体(1)的内部,内筒体(2)的底端设置有若干微孔曝气器(4),所述微孔曝气器(4)通过设有第一气体流量计(5)和第一气体阀门(6)的曝气管(7)与曝气泵(18)相连接。
2.根据权利要求1所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述外筒体(1)的周身为圆柱形腔体,外筒体(1)的底部为具有一定倾斜角度的漏斗形状。
3.根据权利要求2的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述排泥管(17)由外筒体(1)的漏斗形底部的下端引出。
4.根据权利要求1所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述内筒体(2)整体为一个圆筒体,内筒体(2)的底端与外筒体(1)的底部之间设有一定距离,内筒体(2)的顶端浸没于污泥液面下,所述内筒体(2)通过支架(19)固定于外筒体(1)的内部并悬空,所述支架(19)的两端分别固定于内筒体(2)外壁上的中部位置以及外筒体(1)的内壁上。
5.根据权利要求4所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述内筒体(2)的底端与外筒体(1)的底部之间的距离为10-20cm;内筒体(2)的顶端浸没于污泥液面下10-20cm。
6.根据权利要求1所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述轴向流机械搅拌器(3)由外筒体(1)的顶部伸入外筒体(1)的内部,并设置于外筒体(1)和内筒体(2)的同心轴向位置,所述轴向流机械搅拌器(3)的底端与内筒体(2)的底端之间设有距离。
7.根据权利要求6所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述轴向流机械搅拌器(3)的底端与内筒体(2)的底端之间的距离为15-30cm。
8.根据权利要求1所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述微孔曝气器(4)为多个,并均匀分布于设置于内筒体(2)底端的水平面上,所述微孔曝气器(4)包括若干微孔曝气盘,所述微孔曝气盘的数量由微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积决定。
9.根据权利要求8所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:所述微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积的要求为:每立方米含固率为5-7%的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,其特征在于:还包括如下任一个或多个部件:-污泥消泡管(11),所述污泥消泡管(11)设置于气体排放口(13)的下方,并通过设有第二气体流量计(8)和第二气体阀门(9)的供气支管(10)与曝气管(7)相连接;-污泥液位观察管(12),所述污泥液位观察管(12)由外筒体(1)的圆柱形腔体底部引出。技术领域
本发明涉及环境工程技术领域的生物质污泥稳定化处理,具体是一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置。
背景技术
近年来,我国污水处理量和污水处理厂数量大幅上升,污水处理厂污泥产生量也随之大幅增加。为防止污泥处理处置不当对环境造成危害,住建部多次强调,污泥土地利用和填埋前需按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)对污泥进行稳定化处理,并于2011年3月再次推出《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》对此加以强调。我国目前大多污水处理厂尚不具备污泥稳定化设施,在此背景下,污泥稳定化技术的使用将会有很大的应用空间。目前,污泥稳定化主要有厌氧消化、好氧消化等方法,然而,传统的污泥稳定法存在污泥处理时间长、设施占地大的缺点,而近十年来,随着我国郊区城市化步伐的加快,各地土地利用趋紧、地价上涨明显,这客观上给一些用地紧张的城镇带来了污泥设施建设成本过高、征地困难的问题。因此,研发运行成本较低、污泥消化速率较高而又实用的污泥稳定化处理方法显得十分迫切。污泥自热高温好氧消化能使高浓度污泥快速获得稳定化,是一项单位污泥处理占地小、适合用地紧张地区污水厂使用的污泥稳定化技术,自上世纪九十年代开始在欧洲、北美等城市污泥稳定化处理工艺中得到较快的应用与推广(自热式高温好氧消化工艺在中小型城市污水处理厂的应用前景)。我国虽然还没有ATAD应用的实例,但相关技术的研究已在推进之中,专利文献ZL200410066202.2公开的一种污泥高温好氧消化装置,将污泥消化系统由两段合并成一段,并将污泥曝气系统和污泥循环系统分离,曝气采用常规的曝气方式,结构简单,设备要求低,具有其创新性;专利ZL200920231655.4公开了一体化有机污泥高温微好氧卧式消化反应器,在反应器设计形式上取得了进步。然而,基于污泥自热高温好氧消化需要取得有机物降解产生热量和曝气带走体系热量的平衡,消化体系的曝气量控制到较低水平,因此使整个体系污泥始终处于缺氧甚至厌氧状态,从而,使得污泥消化效率难以进一步提高。也正是由于这以问题的存在,自热式污泥高温好氧消化技术在实际应用过程中,其污泥稳定化时停留时间往往大大超过理论值,多数超过了15天,单位污泥处理设施节地效果不明显,由此,极大地降低了我国相关技术使用单位的推广意愿。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处,本发明提供了一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,该装置在不增加曝气量并使污泥达到国家相关稳定化标准的前提下,较大幅度地提高了污泥消化速率,并由此减少单位污泥处理设施占地。本发明是通过以下技术方案实现的:一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,包括同轴设置的外筒体1和内筒体2,所述外筒体1和内筒体2共同将消化装置分成容积相当的两部分,其中:-外筒体1:其外部覆盖保温材料,外筒体1的顶部设置气体排放口13、检查人孔14和污泥进泥口15,沿外筒体1的轴心设置有轴向流机械搅拌器3,外筒体1的底部设置有排泥控制阀16和排泥管17;-内筒体2,设置于外筒体1的内部,内筒体2的底端设置有若干微孔曝气器4,所述微孔曝气器4通过设有第一气体流量计5和第一气体阀门6的曝气管7与曝气泵18相连接。优选地,所述外筒体1整体为圆柱形腔体,外筒体1的底部为具有一定倾斜角度的漏斗形状,即,外筒体1的底部为与水平面呈一定倾斜度的漏斗形状。优选地,所述排泥管17由外筒体1漏斗形底部的下端引出。优选地,所述内筒体2整体为一个圆筒体,内筒体2的底端与外筒体1的底部之间设有一定距离,内筒体2的顶端浸没于污泥液面下,所述内筒体2通过支架19固定于外筒体1的内部并悬空,所述支架19的两端分别固定于内筒体2外壁上的中部位置以及外筒体1的内壁上。优选地,所述内筒体2的底端与外筒体1的底部之间的距离为10-20cm;内筒体2的顶端浸没于污泥液面下10-20cm。优选地,所述轴向流机械搅拌器3由外筒体1的顶部伸入外筒体1的腔室内部,并设置于外筒体1和内筒体2的同心轴向位置,所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体2的底端之间设有距离。优选地,所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体2的底端之间的距离为15-30cm。优选地,所述微孔曝气器4为多个,并均匀分布于设置于内筒体2底端的水平面上,所述微孔曝气器4包括若干微孔曝气盘,所述微孔曝气盘的数量由微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积决定。优选地,所述微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积的要求为:每立方米含固率为5-7%的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h。优选地,上述内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,还包括如下任一个或多个部件:-污泥消泡管11,所述污泥消泡管11设置于气体排放口13的下方,并通过设有第二气体流量计8和第二气体阀门9的供气支管10与曝气管7相连接;-污泥液位观察管12,所述污泥液位观察管12的引出口设置于外筒体1的圆柱形腔体底部,并通过弧形弯管与透明圆管连接;优选地,污泥液面与外筒体1的顶端的保留距离为80cm,污泥消泡管11位于气体排放口的正下方10-20cm处。本发明的技术原理是:消化装置设置了两同轴设置的圆筒体,内筒体中污泥通过轴向流机械搅拌器的提升作用而在内外筒间进行循环往复,由于采取内筒曝气,可使循环进入内筒体中的污泥得到较为充分的氧气,促进这部分污泥中有机物的快速好氧降解并产热,克服了反应体系中所有污泥处于缺氧或厌氧状态并由此引起有机物降解速率降低、产热较少的缺点,并因此使每立方米含固率为5-7%的污泥在0.8-1.2m³/h的低曝气量下可获得每天升温5-7°C的快速升温效果;由于内筒体中污泥与外筒体污泥存在循环交换及内筒体筒壁存在一定的传热效应,内筒体中污泥降解所产生的热量必然会传递到外筒体污泥中,从而使整个反应装置内的温度得以提升,最终,通过曝气量控制,使具有保温措施的反应装置中污泥的温度保存在50-60°C之间。另外,该装置外筒体漏斗形底部的设计有利于循环过程中污泥中细小泥沙的沉积聚集,沉积的泥沙可适时通过排泥管排出,避免了泥沙对微孔曝气盘孔的堵塞,提高了反应装置运行的稳定性。本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:提高了自热式污泥消化体系的升温效果,促进了污泥的消化效率,可使自热式污泥消化时间由15天以上缩短到7-9天;反应装置底部泥沙沉积导致曝气盘浸没于泥沙中而堵塞的情形大幅减少,反应器运行稳定性大幅提高。本发明提供的污泥消化装置结构筒单、操作方便,污泥处理适用范围广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本发明结构的正视示意图;图2为本发明结构的俯视示意图;图中:1为外筒体;2为内筒体;3为机械搅拌器;4为微孔曝气器;5为第一气体流量计;6为第一气体阀门;7为曝气管;8为第二气体流量计;9为第二气体阀门;10为供气支管;11为污泥消泡管;12为污泥液位观察管;13为气体排放口;14为检查人孔;15为污泥进泥口;16为排泥控制阀;17为排泥管;18为曝气泵,19为支架。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。请同时参阅图1至图2。如图1所示,本实施例提供了一种内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,包括同轴设置的外筒体1和内筒体2,所述外筒体1和内筒体2共同将消化装置分成容积相当的两部分,其中:-外筒体1:其外部覆盖保温材料,外筒体1的顶部设置气体排放口13、检查人孔14和污泥进泥口15,沿外筒体1的轴心设置有轴向流机械搅拌器3,外筒体1的底部设置有排泥控制阀16和排泥管17;-内筒体2,设置于外筒体1的内部,内筒体2的底端设置有若干微孔曝气器4,所述微孔曝气器4通过设有第一气体流量计5和第一气体阀门6的曝气管7与曝气泵18相连接。进一步地,所述外筒体1整体为圆柱形腔体,外筒体1的底部为具有一定倾斜角度的漏斗形状,即,外筒体1的底部为与水平面呈一定倾斜度的漏斗形状。进一步地,所述排泥管17由外筒体1漏斗形底部的下端引出。进一步地,所述内筒体2整体为一个圆筒体,内筒体2的底端与外筒体1的底部之间设有一定距离,内筒体2的顶端浸没于污泥液面下,所述内筒体2通过支架19固定于外筒体1的内部并悬空,所述支架19的两端分别固定于内筒体2外壁上的中部位置以及外筒体1的内壁上。进一步地,所述内筒体2的底端与外筒体1的底部之间的距离为10-20cm;内筒体2的顶端浸没于污泥液面下10-20cm。进一步地,所述轴向流机械搅拌器3由外筒体1的顶部伸入外筒体1的腔室内部,并设置于外筒体1和内筒体2的同心轴向位置,所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体2的底端之间设有距离。进一步地,所述轴向流机械搅拌器3的底端与内筒体2的底端之间的距离为15-30cm。进一步地,所述微孔曝气器4为多个,并均匀分布于设置于内筒体2底端的水平面上,所述微孔曝气器4包括若干微孔曝气盘,所述微孔曝气盘的数量由微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积决定。进一步地,所述微孔曝气盘的曝气量以及消化装置有效体积的要求为:每立方米含固率为5-7%的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h。进一步地,上述内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,还包括如下任一个或多个部件:-污泥消泡管11,所述污泥消泡管11设置于气体排放口13的下方,并通过设有第二气体流量计8和第二气体阀门9的供气支管10与曝气管7相连接;-污泥液位观察管12,所述污泥液位观察管12的引出口设置于外筒体1的圆柱形腔体底部,并通过弧形弯管与透明圆管连接;进一步地,污泥液面与外筒体1的顶端的保留距离为80cm,污泥消泡管11位于气体排放口的正下方10-20cm处。具体为,本实施例提供的内循环自热式污泥高温微好氧消化装置,包括:同轴设置的外筒体1和内筒体2,由微孔曝气器4、气体流量计5、气体阀门6、曝气管7构成的污泥曝气系统,由气体流量计8、气体阀门9、供气支管10、污泥消泡管11构成的污泥消泡系统,轴向流机械搅拌器3、污泥液位观察管12、气体排放口13、检查人孔14、污泥进泥口15、排泥管17、曝气泵18、支架19以及各管路上的控制阀。外筒体1和内筒体2共同将反应装置分成容积相当的两部分。外筒体1的外部覆盖保温材料,顶部设置气体排放口13、检查人孔14和污泥进泥口15,沿其轴心设置轴向流机械搅拌器3,机械搅拌器3的底端高于内筒体2底端15-30cm,外筒体1的漏斗形底部为与水平面呈一定倾斜度的漏斗形状,底部设置排泥控制阀16和排泥管17,排泥管17由外筒体1底部漏斗下端引出。外筒体1的圆柱形腔体的底端引出污泥液位观察管12,通过弧形弯管与透明圆管连接。内筒体2通过支架19固定于外筒体1而悬空,支架19两端分别固定于内筒体2中部位置和外筒体1内壁,内筒体2下端高于外通体底部10-20cm,上端浸没于污泥液面下10-20cm,内筒体2的底端水平面上均匀布置微孔曝气器4,微孔曝气器4组件由若干微孔曝气盘组成,其数量由曝气盘曝气量和消化装置有效体积决定,使每立方米含固率为5-7%的污泥总曝气量达到0.8-1.2m³/h,微孔曝气器4通过设有气体流量计5和气体阀门6的曝气管7与曝气泵18相连;装置设计的污泥液面与外通体顶端的保留距离为80cm,污泥消泡管位于气体排放口的正下方10-20cm,并通过设有气体流量计8和气体阀门9的供气支管10与曝气管7相连。本装置运行时,未经消化的污泥从污泥进泥口15进入内筒体2,开启轴向流机械搅拌器3,根据所需污泥循环流速设置搅拌器的转速,污泥开始在内外筒间循环流动。开启曝气泵18,空气进入曝气管7,并从置于内筒体2内的微孔曝气器4孔进入内筒开始曝气,根据所需曝气量调节气体阀门6,气体流量可以通过气体流量计5读取。进入内筒的空气与筒内污泥在搅拌器的搅拌作用下破碎混合,气液混合效果好,并在搅拌器的提升作用下流向外筒;外筒的污泥受来自内筒污泥的推动作用流入内筒,循环往复。由于采取内筒内曝气,内筒内污泥供氧较为充足,这部分污泥通过好氧微生物的消化作用,释放大量热量,使内筒内污泥升温,同时,循环过程中内外筒污泥进行交换,轮流曝气,克服了反应体系中所有污泥处于缺氧或厌氧状态的缺点,从而可使每立方米含固率为5-7%的污泥在0.8-1.2m³/h的低曝气量下可获得每天升温5-7°C的升温效果,最终,通过曝气量控制,使具有保温措施的反应装置中污泥的温度保存在50-60°C之间。本发明的设计可加速反应装置的升温和有机物污泥的好氧降解,而较高的体系温度又反过来促进进了污泥的消化效率。由于消化反应装置采取保温措施,反应装置内污泥温度可稳定升至45-65°C。污泥消化过程中,由于碳、氮比较低且体系总体曝气量较小,容易产生泡沫,泡沫产生时可以打开气体阀门9,少量空气进入供气支管10,通过置于气体排放口13下方的污泥消泡管11孔进行消泡,流量可以通过气体流量计8读取。在连续运行一段时间后,可适时打开排泥控制阀16,将污泥中累积的细小沙石通过排泥管17排出,防止其过度积累造成对微孔曝气器4组件的堵塞。运行过程中可通过检查人孔14进行相关检修操作。污泥经过一定时间稳定化后,打开排泥控制阀16,通过排泥管17排放。运行过程中产生的尾气进过气体排放口13送至废水处理厂的废气处理装置进行统一处理。当本消化装置需要进行维修时,可通过排泥管17进行污泥放空。污泥液位观察管12可用于观察污泥液位。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。